Nature Commun. | 复旦大学聂明团队揭示土壤微生物产甲烷作用应对气候变暖的补偿性反应！

厌氧土壤中的微生物产甲烷对全球甲烷(CH₄)的释放有很大的贡献（Science | 重磅研究！揭示厌氧条件下乙烯和甲烷合成新途径！），了解其对温度的反应对于预测这种强效温室气体与气候变化之间的反馈至关重要（生活在地下的细菌能否有助于应对气候变化？微生物和碳循环）。近日，国际权威期刊Nature Communications发表了复旦大学聂明教授课题组关于厌氧土壤微生物产甲烷作用响应温度变化的研究论文，题为The thermal response of soil microbial methanogenesis decreases in magnitude with changing temperature，本研究揭示气候变暖对土壤微生物驱动的CH₄排放的刺激作用可能比目前预测的要小，但对大气中的CH₄浓度有重要影响。

在100年的时间范围内，CH₄的全球变暖潜力是CO₂的28倍，因此有望在未来的气候变化中发挥重要作用。厌氧土壤CH₄通量是全球CH₄排放的主要组成部分，短期实验表明土壤微生物的甲烷生成强烈而积极地依赖于温度（微生物与甲烷的爱恨纠葛前世今生; Microbiome: 红树林生态系统中新型产甲烷菌的产甲烷潜能)。利用此信息进行的CH₄循环模拟表明，随着全球温度的升高，厌氧土壤CH₄的呼吸速率可能会急剧增加，从而引发积极的气候变化-CH₄反馈。但是，这种气候变化-CH₄反馈的强度仍不确定，主要是因为微生物呼吸对长期温度变化的响应可能不同于其瞬时响应。在有氧土壤中，例如森林和草原，越来越多的证据表明，微生物群落的补偿性反应可以在中长期范围内降低温度变化对土壤CO₂呼吸速率的影响。土壤微生物呼吸速率对温度变化的响应的这些调节可能是由于适应个体的生理，物种内的遗传变异和/或物种更新（群落的物种组成变化）所致(Science: 多种全球变化因子在驱动土壤功能与微生物多样性过程中的作用)。将这种补偿性反应纳入模型可以改善对全球土壤碳损失速率的预测。因此，考虑到温度对生物代谢的基本影响，可以合理地得出以下结论：在好氧土壤（以产生二氧化碳的形式）和厌氧土壤（以产生甲烷的形式）中，补偿性热响应可能相似。但是，到目前为止，还没有尝试检查微生物甲烷生成是否显示出对温度变化的补偿性反应。

好氧土壤中的二氧化碳（CO₂）所示，随着时间的推移，微生物活动的补偿性热反应可以降低呼吸性碳（C）释放对温度变化的反应。然而，微生物产甲烷是否也表现出对温度变化的补偿性反应仍然未知。本研究使用来自大兴安岭和青藏高原的厌氧湿地土壤，研究160天的实验升温（+4℃）和降温（-4℃）如何影响微生物CH₄呼吸的热反应，以及这些反应是否对应于微生物群落动态的变化。产甲烷菌的CH₄呼吸速率随升温而降低，随降温而升高，表明微生物产甲烷对温度变化表现出补偿性反应。此外，升温和降温下产甲烷菌群落物种组成的变化在很大程度上解释了土壤的补偿性反应。因此，气候变暖对土壤微生物驱动的CH₄排放的刺激作用可能比目前预测的要小，对大气中的CH₄浓度有重要影响。

图1. 呼吸的补偿热响应和用于评估土壤微生物CH₄呼吸对实验性增温或降温响应的实验设计

图2. 土壤质量特定的CH₄呼吸速率在变暖时下降，在变冷时上升

图3. 产甲烷菌群落的变化

图4. 与微生物群落结构变化有关的补偿热响应

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